天然气压缩机自动控制技术概述

黄燕辉

（中海油（福建）应急维修有限责任公司，福建莆田 351100）

0 引言

在我国天然气被越来越多的地区使用，它需要从不同的产区输送到各个地区的用户家中。天然气不仅仅是用于运输，它也需要对天然气资源进行补气、抽气。在当前的天然气运输过程中，仍存在着一些问题，如天然气运输调配的很多不便，需要依靠天然气压缩机自动控制技术来解决。

1 压缩机控制功能的具体要求

要想更好地发展天然气运输业务，压缩机的自动控制技术就要不断提高。根据需要，天然气压缩机自动控制技术应该注重功能要求和系统设计。

（1）防喘振控制。该要求就是：当有一个不开启入口或出口时，每一台工作的压缩机都不能出现喘振的情况；当设备的入口和出口均不开启时，任何一台压缩机喘振次数绝对不可以超过一次，否则会出现严重的问题。

（2）控制出口的压力。在这种高技能操作中，一定要保持操作状态稳定，出口压力既不能高于设定目标的0.5%、也不可以低于设定目标的0.5%。

（3）控制压缩机的负荷分配。压缩机有一定的承载量限制，无论是投入系统还是退出系统时，压缩机都要在一定的时间内恢复稳定的操作状态，并且把时间控制在30 min 之内，使压缩机状态更加稳定。

（4）控制燃气轮机的速度和限幅。为了确保安全，必须对燃气轮机的速度进行控制，使之与设定的目标点相差不多，既不能高于目标的0.5%、也不能低于目标的0.5%。同时，也要控制燃气轮机限幅。根据传感器的量程适当降低转速，保障工作的安全。

2 控制系统的设计

2.1 对燃气轮机温度限幅

因为不能及时测量燃气轮机的排气温度，出于对工作安全和压缩机温品的考虑，所以对压缩机进行温度限幅是一个很好的方法。为了不断增强燃气轮机的使用动力，对温度设定一个“门槛”，根据“门槛”的接近程度自动控制速度。

2.2 进行压力控制

压缩机的控制器有很多作用，其中就包含压力超值的作用。这个作用对压缩机的压力控制有很大作用，子站出口压力的变化都可以用回流量的增加来响应。对压力的控制很敏感，一旦出口的压力达到最大、压缩机不能正常承受时，它就会把回流阀打开，从而降低压力，保证工作的安全性。这在一定程度上限制了出口压力，保证其他工作的安全性，并且能在一些特殊的情况下防止其他状况发生。

2.3 进行负荷分配

为了解决压缩机的工作安全性和回流问题，必须对压缩机的控制系统实施两种不同的控制方法，而且两种控制方法要有一定的互补性。根据不同的需要，对压缩机的转速进行控制，保证设定目标点的合理压力。在流量较低的情况下负荷量相对会减小，所以就会增加压缩机的回流量。压缩机的工作安全必须得到重视，所以要保证压缩机负荷的平衡性。这就要求控制系统可以根据需要对压缩机的转速进行控制，使压缩机的状态达到最佳。

2.4 对压缩机主性能的控制

压缩机的主性能控制一般受主控制器的作用，控制系统对压缩机的一些指标进行响应，然后通过压缩机所需要的对负荷量进行分配，还会注意到防喘振的控制的作用。在保证压缩机工作安全的前提下，最大限度地提高压缩机的工作效率，及时根据工作需要对其性能进行调节，使其作用更好地发挥。

2.5 压缩机的加载和卸载功能

天然气运输过程中存在的问题需要解决，而且工作量非常大，所以对天然气压缩机自动控制技术的要求很高。进行自动加载和卸载是压缩机控制系统一个不可或缺的作用。压缩机会根据需要对性能进行分配和使用，如果一台压缩机只使用一部分性能时，它就会根据一些流量指标与压缩机的总性能进行比对，对压缩机提供信号指示，提示另一台压缩机的启动或者停止，系统还能够对其他性能进行调解和分析，及时提高压缩机的工作效率，保证压缩机工作安全，最大限度地提高天然气运输效率。

2.6 压缩机的防喘振控制

降低压缩机喘振的风险就要启用防喘控制器，利用其中的开环与闭环的功能尽可能地防止喘振的出现。通过开环与闭环这两者的相应来对喘振的一个接近变化量进行反应，在压缩机能安全工作在离喘振的最大限度还差很多时，就可以通过一个比较简单的比例响应来减小回流量。如果压缩机此时恰好工作在一个喘振的控制线上而且受到了一定程度的干扰，防喘控制器在这时候就会增加回流量的比例，来减小压缩机工作时的干扰。而且，多数情况下都是通过增加安全裕度来控制的。在干扰超出控制线时，会刺激回流阀快速打开，导致压缩机在工作时达到喘振的最大值。如果以上这些措施还不足以防止喘振问题，还可以额外添加一个安全裕度。

2.7 平衡负荷

在负荷平衡的过程中，可以准备多个负荷分配控制器，尽量可以满足一个负荷分配控制器，计算得出一个负荷变量的条件，之后再通过主控器计算它们的平均值。再对比计算出来的每个负荷数据与平均值的差值，进行调整。最终实现调整后的数据与喘振控制线的距离、大小是一样的。

3 压缩机自动控制系统的优点

（1）有利于天然气运输，提高工作效率。压缩机自动控制系统有利于天然气运输过程中问题的解决，比起耗费大量的人力物力可靠性更高一些，而且自动控制技术比起人工反应更加迅速，不仅能提高天然气运输的工作效率，而且也可以大幅度提高安全性，减少事故的发生。

（2）节约成本，提高经济效益。压缩机自动控制系统的使用，可以一定程度上降低能源的消耗，节约很多不必要的开支，使工作中的损失不断变小。当开支得到节约的同时，经济效益也会随之提高，不断的促进天然气运输工作的发展。

（3）降低能耗，减少损失。压缩机自动控制系统可以减少能源消耗，减少对人力资源需求。

4 压缩机工作流程

一般情况下，压缩机工作时电机也会带着曲轴开始运转，其中的活塞依靠连杆来回运动。而且活塞是随着曲轴的旋转来运动的，运动的次数相同。之后，气缸内会继续出现完成吸气压缩以及排气的工作。当这些过程全部结束以后，压缩机就实现了一个整个的工作过程。

（1）吸气过程。在这个环节中，如果活塞开始向外活动，就说明气缸的容积在扩大而气缸里的压力在减小。如果压力比进气管中的压力小时，就会导致进气管中的气压进入到气缸里，去补充所需要的气压，直到活塞运动到最远端为止。这时气缸里的容积达已经到了最大的状态。

（2）压缩过程。经历完吸气过程就到了压缩的阶段，在压缩工作中，活塞向气缸内运动，气缸内的容积越来越小而气压越来越大。但是，与吸气环节不同的是，这时气缸里的气压不能进入排气管。因为排气管里的压力高于气缸里的压力。

（3）排气过程。当活塞移动到一定位置，气缸里的气压会上升到稍大于排气管中的压力，此时气体能够进入排气管，直至活塞运动到一定位置才会停止。此时排气阀也会关闭，活塞随之向外运动，再进行下一个循环。

5 结语

在天然气运输工作中出现的问题会不断地得到解决，压缩机的自动控制技术也必须跟得上工作节奏，在压缩机的自动运营过程中，要考虑投入运行的稳定性、精确性、易操作性。熟悉压缩机的工作流程，对压缩机固定时间进行检查，保证压缩机工作的安全性，充分发挥压缩机自动控制技术的优点，促进天然气运输发展。总之，压缩机自动控制技术的不断提高和推广，对天然气的运输意义重大。